洁净煤技术

作者：赵徐杰, 王雨柔, 石晓雷, 陶璇, 朱正垚, 潘子君, 陈伟, 方真

关键词：生物炭,活化,掺氮,电化学,多孔掺氮炭

为契合“双碳”目标，解决直接热解生物炭比表面积小、表面活性官能团匮乏、高价值应用受限的问题，系统地梳理生物质基多孔掺氮炭的制备技术与电化学应用规律，为定向设计与产业化提供理论支撑。以富氮/贫氮生物质为分类依据，对比物理活化与化学活化的优劣及机理，系统探究一步法（同步热解、活化与掺氮）与多步法（热解—活化—掺氮分步进行）的工艺特性；深入分析孔结构（分级多孔构型）与掺氮特性（含氮官能团类型及含量）对电化学性能的构效关系，重点研究材料在超级电容器、氧还原反应电催化及锂/钠离子电池中的应用机制。化学活化（以KOH为代表）比物理活化更易构建高比表面积（最高达3142 m2/g）和分级多孔结构；富氮生物质可通过自掺杂实现氮质量分数最高19.45%，贫氮生物质需外源掺氮，一步法工艺简便但面临“高温活化增强与氮含量降低”的核心矛盾，快速热解技术为孔−氮协同调控提供新路径；多孔掺氮炭凭借分级孔结构与丰富含氮官能团，在超级电容器中实现最高473.5 F/g比电容及99%循环保持率，在氧还原反应（ORR）中展现出媲美Pt/C的催化活性与稳定性，在电池中显著提升离子存储与传输性能。活化与掺氮的协同改性是提升生物质炭性能的关键，一步法是未来低成本制备的主流方向，后续需通过优化工艺参数、揭示反应机理、解决批次稳定性问题，推动其在电化学领域的规模化应用。

来源：2026年第2期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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